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标题: 【Linux探索学习】第十四弹——历程优先级：深入明白操作系统中的历程优先 [打印本页]

作者: 科技颠覆者 时间: 2024-11-20 06:18
标题: 【Linux探索学习】第十四弹——历程优先级：深入明白操作系统中的历程优先
Linux学习笔记：
https://blog.csdn.net/2301_80220607/category_12805278.html?spm=1001.2014.3001.5482
前言：
在多使命操作系统中，历程优先级是影响使命调度的告急因素之一。操作系统通过设置差别的优先级来控制历程对CPU的使用权，从而实现资源的高效利用和使命的公中分配。本文将具体解说操作系统中历程优先级的根本概念、分类、实现原理以及Linux系统中的优先级机制，并通过代码示例进一步明白相干知识。

目录
一、什么是历程优先级？
二、历程优先级的分类
2.1 静态优先级与动态优先级
2.2 用户优先级与内核优先级
2.3 静态优先级与Nice值
三、历程调度中的优先级机制
3.1 优先级调度（Priority Scheduling）
3.2 多级反馈队列调度（Multi-Level Feedback Queue）
3.3 Linux的CFS调度器
四、Linux中的历程优先级实现
4.1 使用nice下令调解优先级
4.2 编程方式调解优先级
示例：调解历程优先级
4.3 及时优先级与调度策略
示例：设置及时调度策略
五、历程优先级的案例与问题
5.1 饥饿与老化
5.2 及时使命与平凡使命
六、总结

一、什么是历程优先级？

历程优先级是操作系统用于表示历程告急性或紧急程度的一个指标。优先级高的历程通常会比优先级低的历程更早或更频仍地获得CPU资源。
作用：

保证告急使命优先执行，提高系统响应速度。
控制资源分配，避免某些低优先级使命长期占用CPU。

优先级通常与历程调度算法结合使用，用于决定哪个历程将被调度运行。

二、历程优先级的分类

2.1 静态优先级与动态优先级

类型形貌静态优先级（Static Priority）在历程生命周期内不变，适用于及时使命和固定优先级的场景。动态优先级（Dynamic Priority）根据系统负载或历程行为动态调解，用于提高系统公平性或响应性。 静态优先级示例：某些及时系统中，关键使命的优先级设为固定值，确保其优先执行。
动态优先级示例：在Linux中，交互式使命的优先级可能会根据使命等待时间调解，以避免长期饥饿。

2.2 用户优先级与内核优先级

操作系统通常将历程分为用户态和内核态，差别状态下的优先级可能有差别的策略：
类型形貌用户优先级应用步调中的历程优先级，由操作系统和用户共同控制，通常范围较宽。内核优先级内核中的使命优先级，通常用于驱动步调或内核服务，范围较高且不可由平凡用户修改。

2.3 静态优先级与Nice值

在Linux中，静态优先级告急通过Nice值表示，其范围为-20到19：
Nice值范围优先级高低-20最高优先级，最优先获得CPU19最低优先级，最不优先获得CPU Nice值越低，优先级越高；Nice值越高，优先级越低。
历程的优先级和top值等可以通过top指令来检察：

复制代码

三、历程调度中的优先级机制

历程优先级通常用于历程调度算法，操作系统根据优先级决定哪个历程获得CPU。以下是一些常见调度算法中的优先级机制：
3.1 优先级调度（Priority Scheduling）

优先级调度是一种常用的调度算法，根据历程优先级选择下一个运行的历程。

特点：
- 优先级高的历程优先执行。
- 如果多个历程具有相同优先级，可以采用先来先服务（FCFS）的方式处理。
长处：
- 可以或许快速响应高优先级使命。
缺点：
- 容易造成低优先级历程饥饿。

3.2 多级反馈队列调度（Multi-Level Feedback Queue）

多级反馈队列是一种结合优先级和时间片的调度策略，将历程分别到多个优先级队列中：

高优先级队列采用较短时间片运行交互式使命。
低优先级队列运行耗时长的批处理使命。
根据使命行为调解其队列等级，确保公平性。

3.3 Linux的CFS调度器

Linux的完全公平调度器（CFS）结合了优先级和时间片机制，通过动态调解优先级，分身公平性和响应性。

四、Linux中的历程优先级实现

在Linux中，历程优先级的告急实现方式包罗：

Nice值：表示用户空间的静态优先级。
调度优先级（Scheduling Priority）：用于及时历程的调度。

4.1 使用nice下令调解优先级

通过nice或renice下令，可以调解历程的优先级：

# 查看当前进程优先级
ps -o pid,nice,comm
# 以Nice值为-10启动程序
nice -n -10 ./my_program
# 调整已有进程的优先级
renice -n 5 -p 1234

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4.2 编程方式调解优先级

Linux提供了setpriority和getpriority系统调用，用于步调内部调解历程优先级：
示例：调解历程优先级

#include <stdio.h>
#include <sys/resource.h>
#include <unistd.h>
int main() {
pid_t pid = getpid(); // 获取当前进程ID
printf("当前进程PID: %d\n", pid);
// 获取当前Nice值
int nice_value = getpriority(PRIO_PROCESS, pid);
printf("当前Nice值: %d\n", nice_value);
// 设置新的Nice值
if (setpriority(PRIO_PROCESS, pid, 5) == 0) {
printf("Nice值已设置为5\n");
} else {
perror("设置Nice值失败");
}
return 0;
}

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4.3 及时优先级与调度策略

Linux支持两种及时调度策略：SCHED_FIFO和SCHED_RR，它们优先于平凡调度策略。

SCHED_FIFO：先来先服务的及时调度，不支持时间片。
SCHED_RR：基于时间片的及时调度。

示例：设置及时调度策略

#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
struct sched_param param;
param.sched_priority = 10; // 设置优先级
if (sched_setscheduler(0, SCHED_FIFO, &param) == -1) {
perror("无法设置调度策略");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("实时调度策略已设置为SCHED_FIFO，优先级: %d\n", param.sched_priority);
while (1) {
// 模拟实时任务
}
return 0;
}

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五、历程优先级的案例与问题

5.1 饥饿与老化

问题：在优先级调度中，低优先级使命可能长时间得不到执行，造成饥饿。
办理方法：使用优先级老化（Priority Aging），根据等待时间动态提升低优先级使命的优先级。

5.2 及时使命与平凡使命

Linux将及时使命优先调度，这可能导致平凡使命的执行耽误。开发者必要平衡及时性与系统整体性能。

六、总结

历程优先级是操作系统调度的告急工具，其计划影响系统的性能和使命执行的公平性。Linux系统通过Nice值、及时调度策略等机制，实现了灵活的优先级管理。本文通过理论分析和代码示例，全面解说了历程优先级的概念与实现。
希望这篇文章能帮助你深入明白历程优先级的机制，为实际开发和优化系统性能提供引导。

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